SOC 阵列：创新算力的未来之路

news2024/12/29 10:30:52

一、SOC阵列的概念与发展历程

SOC 阵列是由多个特定功能集成电路组合在一个芯片上的系统或产品，包含硬件系统及嵌入式软件。从传统集成电路到 SOC 经历多个阶段，初期电路由分立元件组成，后集成到单芯片集成电路中，其发展遵循摩尔定律，从 SSI 到 MSI、LSI 再到代表 VLSI 的 SOC 阵列。SOC 阵列在电子系统中地位凸显，实现小型化、提高效率、降低功耗和整体性能，如在便携设备中使设备更轻薄紧凑、延长电池寿命，性能方面数据传输速率更快、实现实时处理和多任务更流畅。总之，SOC 阵列是电子技术重要成果，对当今科技领域有重要影响。

二、SOC阵列的设计挑战

（一）车载固态激光雷达 SPAD 阵列 SoC 在器件设计和工艺方面有难点。器件设计方面，间距、尺寸决定分辨率和角分辨率，光电探测效率和暗计数率决定系统信噪比和能力，串扰是关键系统级参数，抖动/后脉冲、死区时间等也是难点。工艺方面，逻辑工艺抉择难，3D 堆叠后器件性能稳定难，晶圆片芯一致性需考虑，高低温下保证性能一致可靠重要。

（二）两级网络架构设计的 SoC 阵列服务器在提高业务单元密度和降低运维难度方面有挑战。现有技术业务单元密度低、运维难，传统方式受以太网交换芯片端口数量限制，可扩展性差，网络带宽高则业务单元密度低，非刀片式服务器运维难。现有技术二虽可提升密度和带宽，但耗费外部上联交换机网络端口资源，不是有机整体，网络功能受限，运维粒度大，单卡故障影响大。

（三）红外焦平面非均匀性校正 SOC 在算法和实现方法上有挑战。非均匀性由制造缺陷等造成。算法方面有基于定标的和基于场景的自适应校正算法。定标算法有局限性，如无法解决响应漂移和 1/f 噪声问题，需定期定标增加设备复杂性，还需额外定标设备增加系统体积重量。基于场景的自适应校正算法也面临复杂场景中准确校正、提高稳定性和可靠性等问题。

三、SOC阵列的特点

SOC 阵列服务器具有高密度、低功耗、高效能、高可靠性、成本优势与灵活配置等特点。如启朔科技和美格智能的产品展现了高密度，ARM 架构低功耗且能效比高，在多个领域广泛应用。其多核线程驱动性能带来高效能，散热系统提高了高可靠性。ARM 架构处理器芯片成本低，服务器可定制多种算力节点且采用热插拔设计，方便维护。例如美格智能产品采用刀片+阵列式设计，内置 BMC 多功能综合监控可视化管理系统。

四、SOC阵列的应用领域

（一）边缘云服务器

在边缘云计算中，SOC阵列服务器至关重要。数字经济时代，智能终端接入产生多样数据，对计算要求更高。边缘云计算提供分布式云服务，与边、端协同。边缘服务器承担70%以上云服务。ARM架构的服务器在云边缘计算中异军突起，如云尚通信的高通SoC 阵列服务器表现出色，具备复合算力集群和网络互联能力。SOC 阵列服务器带来超低时延交互体验，在多个领域及场景落地，已有数家知名厂商采用开展商用部署。

（二）高算力模组产品应用

SOC 阵列式服务器作为高算力模组产品，在云游戏领域具有广阔的应用前景。其强大的计算能力能够确保游戏画面的高帧率和高画质渲染，同时超低时延交互体验可以让玩家获得更加流畅的游戏感受。在边缘云计算方面，能够快速处理边缘端的数据，提高响应速度，降低云端压力，为用户提供更高效的服务。对于工业视觉领域，高算力可以快速分析大量的图像数据，实现高精度的检测和识别，提高生产效率和质量。

五、SOC阵列的发展前景

（一）ARM 架构服务器加速渗透

随着智能算力需求增长及生成式 AI 对异构算力需求庞大，ARM 架构服务器加速渗透各领域。其具低功耗等特点，2023 年全球及中国市场规模分别为 582.46 亿元、257.8 亿元，预计到 2029 年全球市场规模将达 1599.45 亿元，年复合增长率 18.34%。在智能算力需求增长背景下，ARM 架构服务器多核线程驱动性能满足复杂计算任务需求，高可靠性提供稳定服务。亚马逊等头部企业推出产品，在多领域广泛应用。据 TrendForce 集邦咨询研究显示，近年企业数字转型需求加速，带动云端采用比例增加，全球主要云端服务业者陆续导入 ARM 架构服务器，预期至 2025 年其在数据中心服务器渗透率将达 22%。